Question

11．石油化工生產中，通過裂解可獲得化工產品如乙烯、丙烯等．在2L恒溫密閉容器中投入10mol丁烷（C₄H₁₀），在一定條件下發(fā)生反應：（C₄H₁₀（g）?C₂H₄（g）+C₂H₆（g）．測得體系中乙烯的物質的量與時間關系如圖Ⅰ所示：

（1）能判斷反應達到化學平衡狀態(tài)的是b（填字母）．
a．c（C₂H₆）與c（C₂H₄）的比值保持不變       
b．容器中氣體壓強保持不變
c．容器中氣體密度保持不變
d．單位時間內有1molC₄H₁₀消耗的同時有1molC₂H₄生成
（2）相對于曲線b，曲線a改變的條件是加入催化劑判斷的理由是速率加快但平衡沒有移動．
（3）若圖中b、c表示其它條件不變，改變溫度時n（C₂H₄）隨時間的變化曲線，可以判斷該反應的正反應是吸熱（填“放熱”或“吸熱”反應）．
（4）在曲線b對應的條件下，反應進行0～20min區(qū)間內的速率v（C₂H₆）=0.05mol•L^-1•min^-1．
（5）將C₂H₆和O₂設計成如圖Ⅱ電化學裝置，若c、d均用銅電極，a極的電極反應式為C₂H₆-14e^-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；c極的電極反應式為Cu-2e^-=Cu²⁺．

Answer 1

分析 （1）根據化學平衡狀態(tài)特征判斷分析，達到平衡時，一是等，二是定：
等是指v正=v逆，同一種物質：該物質的生成速率等于它的消耗速率；不同的物質：速率之比等于方程式中各物質的計量數之比，但必須是不同方向的速率；
定是指各成分含量保持不變：各組成成分的質量、物質的量、分子數、體積（氣體）、物質的量濃度均保持不變；各組成成分的質量分數、物質的量分數、氣體的體積分數均保持不變；若反應前后的物質都是氣體，且總體積不等，則氣體的總物質的量、總壓強（恒溫、恒容）、平均摩爾質量、混合氣體的密度（恒溫、恒壓）均保持不變；
（2）相對于曲線b，曲線a的斜率更大，但是最終C₂H₄的物質的量與曲線b相同，說明a的反應速率更大，只縮短了達平衡的時間，根據影響化學反應速率和化學平衡的條件進行分析；
（3）由圖可知：c曲線的斜率更小，達平衡時，C₂H₄的物質的量減少；所以c曲線的反應速率更慢，其它條件不變，改變溫度，速率減慢，則說明改變的條件是降溫，再結合降溫對平衡的影響進行分析；
（4）0～20min生成C₂H₄的物質的量為2mol，根據方程式可知生成C₂H₆的物質的量也是2mol，則C₂H₆的濃度變化量為$\frac{2mol}{2L}$=1mol•L^-1，再根據v（C₂H₆）=$\frac{△C（{C}_{2}{H}_{6}）}{△t}$計算反應速率；
（5）燃料電池的負極充入燃料，發(fā)生氧化反應，則a為負極；正極充入氧氣，發(fā)生還原反應，則b為正極；再考慮電解質溶液參加反應寫出a電極反應式；c與b相連，與正極相連的是電解池的陽極，陽極發(fā)生氧化反應，則銅失去電子生成銅離子，由此寫出c極電極反應式．

解答 解：（1）a．達平衡時各物質的量濃度是保持不變，不一定成比例，所以c（C₂H₆）與c（C₂H₄）的比值保持不變不一定在平衡，故a錯誤；
b．由反應C₄H₁₀（g）?C₂H₄（g）+C₂H₆（g）可知，恒容的容器中氣體總物質的量隨反應的進行而增大，容器中氣體的壓強逐漸增大，當容器中氣體壓強保持不變，說明氣體總物質的量保持不變，則達到平衡狀態(tài)，故b正確；
c．容器的體積一直不變，根據質量守恒，氣體的總質量不變，所以氣體的密度始終不變，故容器中氣體密度保持不變不能說明達到平衡，故c錯誤；
d．單位時間內有1molC₄H₁₀消耗的方向是正方向，同時有1molC₂H₄生成也是正方向，方向相同，不能說明v正=v逆，不一定達平衡，故d錯誤；
故答案為：b；
（2）相對于曲線b，曲線a的斜率更大，但是最終C₂H₄的物質的量與曲線b相同，說明a的反應速率更大，只縮短了達平衡的時間，平衡沒有移動，即沒有改變化學平衡狀態(tài)，所以改變的條件應是加入催化劑，
故答案為：加入催化劑；速率加快但平衡沒有移動；
（3）由圖可知：c曲線的斜率更小，達平衡時，C₂H₄的物質的量減少；所以c曲線的反應速率更慢，其它條件不變，改變溫度，速率減慢，則改變的條件是降溫，
由方程式C₄H₁₀（g）?C₂H₄（g）+C₂H₆（g）可知，降溫的同時C₂H₄的物質的量在減少，說明平衡向逆方向移動，即逆方向是一個放熱反應，正方向為吸熱反應，
故答案為：吸熱；
（4）0～20min生成C₂H₄的物質的量為2mol，根據方程式可知生成C₂H₆的物質的量也是2mol，則C₂H₆的濃度變化量為$\frac{2mol}{2L}$=1mol•L^-1，
v（C₂H₆）=$\frac{△C（{C}_{2}{H}_{6}）}{△t}$=$\frac{1mol•{L}^{-1}}{20min}$=0.05mol•L^-1•min^-1，
故答案為：0.05mol•L^-1•min^-1；
（5）燃料電池的負極充入燃料C₂H₆，C₂H₆發(fā)生氧化反應，則a為負極；C₂H₆失去電子生成二氧化碳，二氧化碳與電解質溶液氫氧化鉀反應生成碳酸鉀，根據電荷守恒寫出負極的電極反應式為：C₂H₆-14e^-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；正極充入氧氣，發(fā)生還原反應，則b為正極；c與b相連，與正極相連的是電解池的陽極，陽極發(fā)生氧化反應，則銅失去電子生成銅離子，由此寫出c極電極反應式：Cu-2e^-=Cu²⁺，
故答案為：C₂H₆-14e^-+18OH^-=2CO₃^2-+12H₂O；Cu-2e^-=Cu²⁺．

點評 本題考查化學平衡狀態(tài)標志的判斷，以及影響化學反應速率、化學平衡移動的條件，注意對圖象題的理解，還考查化學反應速率的計算，比較簡單，原電池與電解池的結合考查，難度適中．